开关磁阻电机调速系统的特点

开关磁阻电机调速系统是以现代电力电子与微机控制技术为基础的机电一体化产品。它是由开关磁阻电动机和微机智能控制器两部分组成，其特点是效率高、节能效果好、调速范围广，无冲击起动电流，起动转矩大，控制灵活等特点。1998年，我国把发展电动机调速节能和电力电子节电技术纳入《中华人民共和国节能法》中，国家发改委“电动机节能计划”明确提出：提高电动机15-20%的效率，实现节电1000亿kWh/年。因此，该种电机被广泛用于运输车辆驱动、龙门刨、锻压设备等需要重载起动，频繁启动，正反转的场合。

 

近几年，随着电机节能理念的逐渐深入，开关磁阻电机由于具有以下的特点，其正在应用于各种场合。开关磁阻电机调速系统的特点：

一、效率高，节能效果好。经过测试，其整体效率比交流异步电动机变频调速系统至少高3%以上，低速下能提高至少10%，与直流调速、串级调速、电磁调速等比较，节电效果更明显。

二、起动转矩大，适合重载起动和负载变化明显且频繁启动的场合。测试发现其启动转矩达额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%，优势非常明显

三、调速范围广。开关磁阻电机可以在低速下长期运行，由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时要低，解决了变频调速电机低速运行时电动机发热问题，还可以根据实际灵活设置最高转速。

 

四、可频繁正、反转起动停止，系统调控性好，制动性好，能实现再生制动，节电效果显著。

五、起动电流小，避免对电网的冲击。开关磁阻电机具有软启动特性，没有普通交流电动机起动电流大于5-7倍额定电流的现象。

六、功率因数高，不需增加无功补偿装置，测试发现，开关磁阻电机系统在空载和满载时的功率因数均大于0.98 。

七、电机结构简单、牢固、制造工艺简单、成本低、工作可靠，能适用于各种恶劣高温强震动环境。

 

八、缺相和过载时仍可工作。当电源出现缺相、电动机或控制器任一相出现故障时，电机输出功率减少，但仍可运行。当系统超过负载120%以上时，转速转速只会下降，而不会烧损电动机和控制柜。

九、控制器中功率变换器与电动机绕组串联，不会出现变频调速系统功率变换器可能出现的直通故障，可靠性大为提高。

目前的电机都是优缺点并存，任何一种电机都无法取代其它所有类型的电机，开关磁阻电机也具有以下缺点：

1.转矩脉动：开关磁阻电机工作在脉冲供电方式中，瞬时转矩脉动大，转速很低时，步进状态明显，而且由于其本身的非线性，导致转矩控制困难。尽管目前研究SRD直接转矩控制技术等文章较多，但仍难以实现转矩的精确控制，在伺服等精密控制场合，SRD与其它类型电机相比不具有优势。

2.噪声：开关磁阻电机相绕组轮流导通，径向力导致定子变形，换相时更明显，电机噪声大，减小振动和噪声是重要的研究课题，很多科研人员正在从电磁参数设计和调速方法以及电机结构几方面进行研究加以改进，但现在与其它电机相比，仍然噪声偏大。

3.位置检测器：位置检测器使得结构简单的开关磁阻电机变得逊色，降低了系统可靠性，因此探索实用的无位置检测器的检测方案是十分有必要的。目前国内外研究较多的是用定子绕组的瞬态电感信息来实现无位置检测器方案，但距实际应用还待进一步深入研究。

国内开关磁阻电机的应用市场主要包括：

（1） 锻造机械：目前，这是开关磁阻电机应用最成功的场合之一。这一次完全符合上述五个条件。它具有过载要求、正反转、调速范围宽、节能等优点，完全忽略了开关磁阻电机的缺点：噪声、振动和转矩脉动。在开关磁阻电机企业界，有一种说法是锻造得到了世界。山东科辉公司近年来在全国处于领先地位，这与其早期准确的市场开发和定位是分不开的。

 

（2） 纺织机械：首先，我们应该感谢外国人的申请。中国主流进口纺织机械必佳乐率先采用开关磁阻电机，这让国内织机制造商自然认可开关磁阻电机。自2009年以来，开关磁阻电机逐渐在剑杆织机和毛巾织机上占有一席之地。纺织应用满足上述1、3和5的条件，节能、启动快（电机可通过旋转3圈从零转速达到额定转速），且无振动和噪声要求。国外织机使用的开关磁阻电机是四相8/6极电机，而我国早期使用的是三相12/8极电机。目前，我国也引进了四相电机，这可能会逐步消除纺织行业的三相12/8结构。奇怪的是，北京中纺公司出生在纺织研究院。然而，北京中纺的开关磁阻电机从未在纺织机械上推广。相反，山东、深圳、杭州等公司在纺织行业得到了更好的推广。 

 

（3） 油田和煤矿：能源和环境保护一直是国家战略布局的重点。在抽油机、煤矿输送带等场合使用开关磁阻电机后，效果仍然明显。近年来，胜利油田、中原油田和长庆油田都进行了改造项目，总体上满足了改造要求，但油田市场是国有企业的阵地，你知道，目前很难实现大规模推广。至于煤矿，对于北京中房来说，很难取得成功或失败。这些年是煤炭的淡季，很难扩大规模。

 

（4） 小家电：这方面主要关注高速开关磁阻电机的应用。国外真空吸尘器、烹饪机、破壁机和洗衣机大量使用开关磁阻电机，性能显著提高，数量大，范围广。然而，在这方面，国内只有少数新闻提到原型的开发，而且还没有看到大规模的应用，也许成本价格是限制这些场合推广的主要瓶颈。

 

（5） 电动汽车：对于开关磁阻电机来说，提到电动汽车的应用可能是一件痛苦的事情。无论是在国内还是国外，最早的开关磁阻电机原型都是为电动汽车开发的。他们看好开关磁阻电机起动转矩大、加速性能好的优点，非常适合电动汽车的应用。华中科技大学和北京中纺公司联合安装了20辆武汉混合动力客车用开关磁阻电机，并进行了长期运行试验，取得了良好的效果。然而，由于噪声和功率密度问题，近年来电动汽车市场基本上被永磁电机占据，这也与中国永磁电机价格低廉有关。从长远来看，永磁体是不可再生资源，无法满足电动汽车巨大的市场需求。开关磁阻电机从业者应该继续深入挖掘，等待花朵盛开。

 

（6） 其他场合：近年来，生产开关磁阻电机的企业逐渐增多，企业也纷纷出海施展才华。他们在不同的场合尝试过。最简单的节能改造场合，如风机、水泵等，以及球磨机、推拉门、剪切机、起动器/发电机、注塑机等，也取得了一定的效果，但目前这些场合的使用规模仍然较小。未来能否在全行业推广还需观察。

结论：开关磁阻电机是近30年发展起来的一种新型调速系统。它的优点和缺点也很明显。为了吸引投资，个别制造商试图用开关磁阻电机取代普通异步电机（或创新计划）是不现实的。如何结合现场应用的特点，充分发挥开关磁阻电机的优点，避免或减少其缺点带来的弊端，是科研人员应该不断努力的方向！

        责任编辑：彭菁